研究发现硝酸盐抑制共生结瘤的新机制

2018-10-21 绿谷生物 上海生命科学研究院
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10月8日,Nature Plants 在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所谢芳研究组题为NIN interacts with NLPs to mediate nitrate inhibition of nodulation inMedicagotruncatula 的文章,该研究揭示了硝态氮素抑制蒺藜苜蓿共生结瘤的新机制。
 
豆科植物根系不仅可以直接从土壤中吸收氮素,还能与根瘤菌共生互作形成根瘤,根瘤菌在根瘤中将N2还原成NH4+为植物所用。根瘤菌的固氮作用是一个非常耗能的过程,当土壤中存在充足氮素时共生结瘤过程被强烈抑制,该现象被称为“氮阻遏”。在土壤中硝态氮以硝酸盐为主,硝酸盐抑制豆科植物结瘤被广泛报道,但其中的分子机理还不清楚。
 
NIN是共生结瘤所必需的转录因子,在拟南芥中与NIN同一家族的其他成员-NLP(NIN-Like Protein)却在硝酸盐信号转导中扮演着重要角色。谢芳研究组的研究发现蒺藜苜蓿nlp1突变体或下调NLPs的表达能够急剧降低硝酸盐对共生结瘤的抑制,而过表达NLP1则会加强抑制,同时蒺藜苜蓿的5个NLP均能够通过PB1结构域与NIN相互作用。进一步研究发现NLP1在硝酸盐信号转导过程中发挥重要作用,它能够通过核-质穿梭响应并传递硝酸盐信号。最后,该研究发现NLP1在响应硝酸盐后进入细胞核,与NIN形成复合体,抑制NIN对下游CRE1 和NF-YA1等基因的激活,最终抑制根瘤的形成及氮素的固定。该研究揭示了NLP基因家族在硝酸盐抑制共生结瘤过程中的重要作用,为提高豆科作物应对“氮阻遏”提供了理论基础。
 
该工作主要由研究员谢芳的博士研究生林杰顺完成,助理研究员李晓琳和博士生罗振鹏参与相关工作。研究工作得到科技部、国家自然基金委和中科院等的资助。